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萜类化合物是植物里种类最多、结构最多样的一类天然产物，在花香、果实风味、药用成分以及植物防御中发挥重要作用。被子植物是陆地植物的主要组成成分，能够产生大量的萜类物质来调节生长发育以及介导与环境间的相互作用。萜类合成酶（TPS）是萜类生物合成的关键酶，决定了萜类物质的种类和功能多样性。近年来，越来越多的研究表明TPS在酶活性、底物选择、亚细胞定位等方面具有更加多样化的功能，支撑TPS功能多样性的进化机制也需要进一步得到解析。2024年11月，Horticulture Research在线发表了浙江大学园林研究所题为Expansion and functional divergence of terpene synthase genes in angiosperms: a driving force of terpene diversity的研究论文。该研究系统分析了来自24种被子植物的222个已完成功能验证的TPS基因，涵盖了单萜、倍半萜、二萜和二倍半萜等主要萜类产物。其中，单萜和倍半萜是被子植物TPS基因合成的最普遍的萜类化合物。研究发现，被子植物特异的TPS-a、b和g亚家族经历了显著的扩张，而TPS-e/f和c亚家族则相对保守。这些扩张的亚家族可进一步分为不同的分支，存在着显著的功能革新和多样化，这对被子植物中萜类物质的巨大结构多样性做出了显著贡献。例如TPS-a亚家族可分为四个分支（a1.1~a1.4），与其他分支相比，a1.2分支的TPS基因能够产生二萜和三萜。许多TPS在体外表现出双功能或三功能活性，但在体内通常只表现出单一活性，这可能主要受其基因特性、亚细胞定位和内源性可获得底物的影响。此外，还探讨了不同TPS催化产生的萜类物质在被子植物不同器官和组织中的生物学功能。图2 被子植物TPS基因家族成员的进化模型及其催化产物总结综上，该研究不仅揭示了被子植物TPS基因的进化模式和功能多样性，为理解萜类物质的生物合成和功能提供了进化角度的见解，也为萜类生物合成研究和育种工作提供参考。
浙江大学园林研究所博士研究生王琪为论文第一作者，王秀云特聘研究员和张亮生教授为论文通讯作者，夏宜平教授对研究进行了指导。该研究得到了国家自然科学基金（32371937，32272750）和浙江省自然科学基金（LY24C160003）的资助。https://doi.org/10.1093/hr/uhae272
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